第1章生物分子导论

生物化学Biochemistry王琦生物科学与技术系2013级生物科学专业：68学时2013级生物技术专业：68学时2014级生物科学专业：68学时2014级生物技术专业：51学时2012级、2013级化学生物学专业

75学时《生物化学教程》王镜岩、朱圣庚、徐长发编著高等教育出版社（2008.6）2013级生物科学专业42学时2013级生物技术专业34学时2014级生物科学专业42学时2014级生物技术专业34学时2012级、2013级化学生物学专业32学时考核方式平时成绩：出勤（30%）、作业（40%）、笔记（30%）综合成绩：平时成绩（10%）、期中成绩（20%）、期末成绩（70%）

生物化学就是研究生命属性的科学，其目的是在分子水平上阐明生物的结构与功能，揭示生命的本质。

本书包括三大部分：

1、生物分子的结构和化学

2、新陈代谢

3、遗传信息如何学习生物化学

生物化学，即生命的化学，它是在分子水平上研究生物体的组成与结构、代谢及其调控的一门科学，它是一门具有先进性、科学性和系统性的学科，并以众多相关学科为基础。由于其在生物等学科的重要性而使内容逐渐增多，且发展速度快，新知识、新进展不断涌现，有大量需要记忆和思考的内容，因此学好它不是一件容易的事情。1．选好教材和参考书即要选择好内容全面、新、有一定深度的教材，又要选择好概括性强、指导性强、应试性强、具有不同风格的参考书。对于综合性大学的学生和考研生来说，国内较好的教材就是北京大学王镜岩等编著的《生物化学》，该书内容知识新、覆盖面广且具有一定深度。2．抓住主线，由表及里，循序渐进根据研究内容，生物化学可分为以下几部分：①重要生物分子的结构和功能：着重介绍蛋白质、核酸、酶、维生素、激素和抗生素等的组成、结构与功能。重点掌握生物分子具有哪些基本的结构?哪些重要的理化性质？以及结构与功能之间有什么关系等问题，同时要随时将它们进行比较。这样既便于理解，也有利于记忆。②物质代谢及其调节：主要介绍糖代谢、脂类代谢、能量代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢、以及各种物质代谢的联系和调节规律。此部分内容是传统生物化学的核心内容。学习这部分内容时，应注重学习各种物质代谢的基本途径，特别是糖代谢途径（糖酵解、三羧酸循环途径、糖异生途径等）；脂肪酸分解与合成和酮体代谢途径；氨基酸的脱氨基及氨的代谢；能量生成方式等；各代谢途径的关键酶及生理意义；各代谢途径的主要调节环节及相互联系等问题。③分子生物学基础：重点介绍了DNA复制，DNA转录和翻译。学习这部分内容时，应重点学习复制、转录和翻译的基本过程，并从必要条件、所需酶及特点等方面对三个过程进行比较。在理顺本课程的基本框架后，就应全面、系统、准确地掌握教材的基本内容，并且找出共性，抓住规律，学会抓住线条、围绕主线向外扩展和上下联系的方法。3．懂得记忆法，学会记忆学习生物化学时，学生反映最多的问题是记不住学过的内容。首先分清楚哪些需要记忆，哪些根本就不需要记忆。如氨基酸的三字母和单字母符号、一些关键词的缩写、氨基酸和碱基的结构等是需要记的，而有些生物分子的结构式如维生素B12等并不需要记；其次明白理解是记忆之母，因此对各章内容，必须先对有关原理理解透，然后再去记忆；第三，记忆要讲究技巧，多想想方法，注意前后关联，不要前后脱节。另外，理解和记忆都是掌握知识的基本保证，记忆应该建立在理解的基础之上，并且也只有在理解的基础上记忆，才能记得牢，记得准。然而，有些学生和考生习惯于死记硬背，这是许多人考试失败，特别是对一些灵活性较大的问题不能应付自如的重要原因。4．勤于动手，联系实际这是由“学懂”转向“会做”的桥梁和提高考生在考试中应试能力的重要保证。另外，应将所学的基础理论知识应用到实际中，做到理论联系实际。如应用酶促反应动力学和维生素等章节的基础理论知识解释磺胺药物的作用机理；应用糖代谢等章节的基础理论知识解释糖尿病的发病机理和临床上的“三多一少”症状；应用维生素和核酸代谢等章节的基础理论知识解释为什么缺乏叶酸和维生素B12会导致巨幼红细胞贫血：应用酶学等章节的基础理论知识解释酶原激活和同工酶的生理意义等。5．紧扣大纲，突出重点大纲对考试内容从能力层次上提出不同要求，即“了解”、“熟悉”和“掌握”三个层次。要求掌握的内容：能对内容融会贯通，并灵活运用；要求熟悉的内容：对内容能深刻理解，并能用自己的语言对其叙述；要求理解的内容：对所学过的内容基本能理解，并能模仿记忆。第1篇生物分子的结构和化学第1章

生物分子导论生命的本质特征化学成分的同一性;严整有序的结构；新陈代谢；生长特性；自我复制的能力；应激能力；进化。一、生命物质的化学组成自然界所有的生命体都由三类物质组成水、无机离子和生物分子（一）生命体的元素组成在地球上存在的92种天然元素中，只有30种元素在生物体内被发现。被称为生命元素。第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。生物与非生物界的统一性：

组成生物的化学元素在无机自然界均可以找到，没有一种是生物界所特有的。生物与非生物界的差异性：

组成生物的化学元素，在生物体内和无机自然界中的含量相差很大。

化学元素不是随机参入生物的，是在进化的过程中被选择出来的。某些生命元素决定于环境中原料的可得性，某些元素决定于其原子或分子对生命过程中专一作用的适合性。（二）生物分子生物分子是泛指构成的蛋白质、核酸、多糖、脂质以及它们的构件分子和代谢中间物等。生物分子是碳的化合物；活生物的化学可看成是碳化合物的化学，碳占细胞干重的50%以上。C可与H形成单键，可与O和N原子形成单键或双键。碳在成键方面的多能性是生物起源和进化过程中选择碳作为细胞分子机器的主要原因。生物大分子及其构件；许多生物分子（如蛋白质、核酸、多糖）是高相对分子质量的多聚体，由小的、相对简单的有机化合物称为构件或构件分子聚合而成，这些多聚体称为生物大分子。如，氨基酸→蛋白质；核苷酸→核酸（DNA，RNA）；葡萄糖→多糖；

脂质→生物膜（构件：脂肪酸、甘油、胆碱等）。（不属于生物大分子，Mr:750-1500，然而大量的脂质分子可通过非共价键缔合成很大的聚集体——生物膜）蛋白质（Protein）

有机体新陈代谢的催化剂---酶有机体的结构成分种类：结构蛋白、伸缩蛋白、贮存蛋白、保护蛋白、运输蛋白、激素蛋白等。由多个氨基酸单体组成的生物大分子多聚体。核酸：

核酸的结构单体为核苷酸分子。核酸分脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸(RNA)二、生物分子的三维结构（一）生物分子的大小生物分子不仅种类繁多，在分子大小方面跨度也很大：（二）立体异构与构型立体异构：指具有相同的结构式，但它们的价键在三维空间结构的关系不同的异构体。构型：指规定立体异构体中价键在空间的相对取向。构型的立体化学特点是如果没有共价键的断裂和重排，立体异构体是不会发生改变的。立体异构几何异构：分子中双键或环的存在，限制了取代原子或原子基团绕键轴的自由旋转引起的，又称顺反异构。旋光异构：由于手性中心的存在，绕手性中心的取代基团以特定的顺序排列形成，又称光学异构。

旋光异构体一般都具有旋光性，能够引起平面偏振光的偏振面发生旋转，这种能力成为旋光活性或旋光度。旋光具有方向性，偏振面向右（顺时针方向，符号+）或向左（逆时针方向，符号-）。在一定条件下旋光度与待测液的浓度（c）和平面偏振光通过待测液的长度（l）的乘积成正比。[α]——比旋或旋光率；

λ——所用光的波长，一般用钠光（λ=589nm），以D表示；

t——测定时的温度；

l——样品管长度；

c——浓度。手性中心具有4个不同取代基团的四面体碳原子，也称不对称碳原子或手性碳原子，以C*表示。含有一个C*的分子只能有两个旋光异构体，一般含n个C*的分子可以有2n个旋光异构体。在这些旋光异构体中互为不能叠合的镜像关系的旋光异构体，称为对映体。彼此不成镜像关系的的旋光异构体称为非对映体。

一对对映体除具有旋转程度相同而方向相反的旋光性和不同的生物活性外，其他的物理性质和化学性质完全相同。任一旋光化合物都只有一个对映体，它的其它旋光异构体，在物理性质、化学性质和生物活性方面都与之不同。DL命名系统单糖和氨基酸的绝对构型是根据甘油醛的绝对构型确定的。甘油醛的绝对构型为X射线衍射分析所证实。所有由L-甘油醛衍生而来的异构体被指定为L型，如L-丙氨酸；由D-甘油醛衍生而来的异构体被指定为D型，如D-葡萄糖。RS命名系统RS系统命名步骤：标定与手性碳上4个取代基的优先性顺序。某些常见取代基的优先性-SH>-OR>-OH>NH2>-COOH>-CONH2>-CHO>-CH2OH>-C6H5>-CH3>-H；旋转手性四面体碳，使那个优先性最小的取代基离开观察者最远，另三个取代基面向观察者；确定靠近观察者的三个取代基的优先性顺序，顺序是顺时针方向的则为R构型。逆时针方向的为S构型。（三）生物分子间相互作用的立体专一性

在生物中手性分子一般只是以一种手性形式存在。如，蛋白质中的氨基酸都是L型的，淀粉，纤维素等多糖中的单体葡萄糖都是D型的。但在实验室中化学合成的化合物，一般都是以D，L两种形式等摩尔混合物存在，称为[外]消旋物，它不能使偏振光发生旋转。

立体专一性是指区分立体异构体的能力，它是酶和其他蛋白质的一种特性。（四）构象与三维结构

由于绕单键旋转引起的组成原子的不同排列称为构象。一种特定的构象称为构象体或构象异构体。传统观念认为单键旋转是自由的，因而一种分子可以有无限种构象，然而实际上碳-碳单键的旋转受到相邻碳上的取代基团之间的非共价相互作用的约束，只允许有机分子采取某种或几种构象，即占优势构象。其中存在两种极端形式：交叉型和重叠型。构象的立体化学特点是不需任何共价键的破裂即可发生构象体的转变。（五）三维结构的分子模型

常见的有透视和骨架模型，此外还有空间填充模型和球棍模型。丝氨酸的分子结构及其空间填充模型和球棒模型三、生物结构中的非共价力四、水和生命（一）水的结构和性质与一般溶剂（甲醇）相比，水具有高熔点、高沸点、高蒸发热、高介电常数、高表面张力等。（二）水是生命的介质五、细胞的分子组织层次

六、生物分子的起源与进化学生素质拓宽《食品营养与膳食指导》、《食品安全与卫生学》公选课人力资源与社会保障部颁发，全国通用，终生有效，国家职业资格证书全省统考（一年两次：5月和11月）：公共营养师（四级/中级）：针对性辅导、培训。一年4-5次（3月、5月、7月、9月、11月）：健康管理